Optische Eigenschaften biologischer Mikroskope
Die optische Leistung des Mikroskops wird durch die folgenden acht grundlegenden optischen Parameter (oder Parameter) bestimmt:
(1) Numerische Apertur
Die numerische Apertur wird auch Spiegelverhältnis genannt. Er bezeichnet das Produkt aus dem Brechungsindex n des Mediums zwischen dem beobachteten Objekt und der Linse und dem Sinuswert des halben Objektivwinkels. Verwenden Sie NA oder A. zur Darstellung. NA=nsin( /2)
Der sogenannte Spiegelmündungswinkel bezeichnet den Winkel zwischen den Randstrahlen des beobachteten Punktes, die in die Frontlinse des Objektivs eintreten.
Die numerische Apertur ist ein wichtiger Parameter der Objektivlinse und der Kondensorlinse und steht in engem Zusammenhang mit anderen optischen Parametern des Mikroskops. Generell gilt: Je größer, desto besser. Aus der Formel ist ersichtlich, dass es zwei Möglichkeiten gibt, die numerische Apertur zu erhöhen: Eine besteht darin, den Spiegelöffnungswinkel zu erhöhen, und die andere darin, den Brechungsindex zwischen der Objektivlinse und der Probe zu erhöhen.
Wenn die erstere Methode angewendet wird, können die Probe und das Objekt so nah wie möglich gehalten werden. Aber egal wie nah, es ist immer weniger als 180 Grad. Somit ist auch sin( /2) kleiner als 1. Der Brechungsindex von Luft beträgt n=1. Daher ist die numerische Apertur nsin( /2) der trockenen Objektivlinse immer kleiner als 1, im Allgemeinen zwischen 0.04 und 0,95.
Wenn die letztere Methode angewendet wird, kann zwischen der Objektivlinse und der Probe ein Medium mit einem höheren Brechungsindex hinzugefügt werden. Beispielsweise beträgt der Brechungsindex von Zedernöl n=1.515. Bei Verwendung von Zedernöl als Medium kann die numerische Apertur mehr als 1,2 erreichen. Deshalb werden in manchen Fällen Ölbrillen verwendet. Derzeit beträgt die maximale numerische Apertur, die mit der Öllinse erreicht werden kann, 1,4.
(2) Auflösung
Die Auflösung wird auch Diskriminierungsrate oder Auflösungsvermögen genannt. Unter der sogenannten Auflösung versteht man die Fähigkeit des Mikroskops, die Feinstruktur des Untersuchungsobjekts zu erkennen. Sie ist umgekehrt proportional zum Auflösungsabstand. Der Auflösungsabstand bezeichnet den Mindestabstand zwischen zwei Objektpunkten, der unterschieden werden kann. Je kleiner der Auflösungsabstand, desto höher ist die Auflösung des Mikroskops. Wenn der Abstand zwischen zwei Objektpunkten kleiner als der Auflösungsabstand ist, werden die beiden Punkte fälschlicherweise für einen Punkt gehalten und seine Struktur ist nicht klar zu erkennen. Die Auflösung des Mikroskops wird durch die Objektivlinse bestimmt. Okulare vergrößern nur und erhöhen nicht die Auflösung des Mikroskops.
Bei normaler zentraler Beleuchtung wird der Auflösungsabstand d der Objektivlinse nach folgender Formel bestimmt.
d=(λ/2)N.A.
In der Formel: d stellt den Auflösungsabstand dar, die Einheit ist Mikrometer, λ stellt die Wellenlänge des Beleuchtungslichts dar, die Einheit ist ebenfalls Mikrometer.
Im sichtbaren Licht beträgt die Wellenlänge mit der größten Helligkeit und der höchsten Empfindlichkeit für das menschliche Auge {{0}},55 μm, und die maximale NA der Objektivlinse beträgt 1,4. In die obige Formel eingesetzt beträgt d ungefähr 0,2 μm. Das heißt, bei einem gewöhnlichen optischen Mikroskop liegt die Grenze des Auflösungsabstands bei zentraler Beleuchtung bei 0,2 μm. Das heißt, normale optische Mikroskope können nicht zwischen zwei Objekten unterscheiden, die kleiner als 0,2 μm sind.
Durch die Verwendung von ultraviolettem Licht kann die Wellenlänge des Beleuchtungslichts reduziert werden, sodass der Auflösungsabstand 0,1 μm erreicht. Doch ultraviolette Strahlen können vom menschlichen Auge nicht gesehen werden. Es kann erst nach dem Fotografieren beobachtet werden.
Die Wellenlänge des Elektronenflusses beträgt nur 0,00387 nm. Durch die Verwendung einer „Elektronenlinse“ oder magnetischen Linse zur Steuerung des Elektronenflusses beträgt der Auflösungsabstand des Elektronenmikroskops bis zu einigen Zehntel Nanometern. Damit lässt sich die Struktur von Atomen beobachten.
(3) Vergrößerung
Die Vergrößerung des Mikroskops ist gleich dem Produkt aus der Vergrößerung des Objektivs und der Vergrößerung des Okulars. Prinzipiell kann die Vergrößerung sehr groß gemacht werden. Wenn jedoch die Details der Probe nicht durch die Objektivlinse aufgelöst werden können, ist dies, egal wie groß die Vergrößerung ist, bedeutungslos. Theoretisch lässt sich ableiten, dass die am besten geeignete Vergrößerung des Mikroskops (effektive Vergrößerung genannt, effektiv dargestellt durch M) zwischen dem 500- und 1000-fachen der numerischen Apertur der Objektivlinse liegt. Das heißt, 500 N.A. Kleiner oder gleich M effektiv Kleiner oder gleich 1000 N.A.
Im wirksamen Vergrößerungsbereich können die Augen lange ermüdungsfrei beobachten. Bei einer Vergrößerung unter 500 NA ist die Beobachtung schwierig. Wenn er höher als 1000 N.A. ist, verschlechtert sich die Bildqualität und es entsteht sogar ein unwirkliches Bild. Daher ist die Vergrößerung über 1000 N.A. wird als ungültige Vergrößerung bezeichnet.
(4) Arbeitsabstand
Der Arbeitsabstand bezieht sich auf den Abstand zwischen der Unterseite der Objektivlinse und der Oberseite des Deckglases nach der Fokussierung des Mikroskops unter Verwendung eines Standard-Deckglases und einer standardmäßigen mechanischen Tubuslänge. Je höher die Vergrößerung des Objektivs, desto kürzer ist der Arbeitsabstand. Im Allgemeinen beträgt der Arbeitsabstand der Objektivlinse mit geringer Vergrößerung unter dem 10-fachen 5-7mm, während der Arbeitsabstand der 100-fachen Öllinse nur etwa 0,19 mm beträgt.
(5) Schärfentiefe
Wenn das Mikroskop auf eine bestimmte Ebene in der Probe fokussiert ist, ist nicht nur die Objektebene klar zu sehen, sondern auch die damit verbundenen oberen und unteren Objektebenen sind gleichzeitig klar zu sehen. Der Abstand zwischen der oberen und unteren Objektebene wird Schärfentiefe oder kurz Tiefenschärfe genannt.
Die Schärfentiefe des Mikroskops ist sehr gering. Je größer die numerische Apertur, desto größer die Gesamtvergrößerung und desto geringer die Schärfentiefe. Wenn zum Beispiel eine Öllinse mit einer NA von 1,25/100 und ein 12,5-faches Okular zur Beobachtung verwendet werden, beträgt die Schärfentiefe nur 0,27 μm. Das heißt, nach der Fokussierung ist immer nur eine dünne Schicht mit einer Dicke von 0,27 μm klar zu erkennen. Gewöhnliche Proben sind im Allgemeinen mehrere Mikrometer dick. Um die gesamte Probe zu sehen, ist es notwendig, den Feinabstimmungsmechanismus des Mikroskops zu nutzen, um schichtweise von oben nach unten zu beobachten.
(6) Sichtfeld
Das Sichtfeld wird auch Sichtfeld genannt. Bezieht sich auf den Umfang des zu untersuchenden Objekts, den das Mikroskop gleichzeitig sehen kann. Normalerweise möchten wir, dass das Sichtfeld so groß wie möglich ist. Das Sichtfeld des Mikroskops wird durch das Sichtfeld der Objektivlinse und das Sichtfeld des Okulars bestimmt. Das Sichtfeld eines gewöhnlichen Objektivs beträgt weniger als 20 mm und das große kann mehr als 40 mm erreichen. Das Sichtfeld gewöhnlicher 10-fach-Okulare beträgt 14 mm und die großen können mehr als 24 mm erreichen. Sobald das Objektiv und das Okular entworfen sind, wird ihr Sichtfeld festgelegt. Da das Sichtfeld eines allgemeinen Mikroskops klein ist, ist es unmöglich, die gesamte Probe in einem Sichtfeld zu sehen, sondern nur einen sehr kleinen Kreis auf der Probe. Darüber hinaus ist die Größe des Sichtfeldes umgekehrt proportional zur Gesamtvergrößerung des Mikroskops. Je größer die Gesamtvergrößerung, desto kleiner das Sichtfeld. Die Lösung besteht darin, mithilfe des Bewegers jeden Teil der Probe nacheinander in das Sichtfeld zu bringen und nacheinander zu beobachten.
(7) Spiegelhelligkeit
Unter Spiegelhelligkeit versteht man die Helligkeit und Dunkelheit des im Mikroskop gesehenen Objektbildes. Um die Beobachtung zu erleichtern, hoffen wir, dass das resultierende Bild heller ist. Bei konstantem Fremdlicht ist die Spiegelhelligkeit proportional zum Quadrat der numerischen Apertur und umgekehrt proportional zum Quadrat der Gesamtvergrößerung. Um das Bild heller zu machen, sollte ein Objektiv mit großer numerischer Apertur mit einem Okular mit geringer Vergrößerung verwendet werden. Beispielsweise wird bei Verwendung eines 5-fach-Okulars mit demselben Objektiv ein Spiegelbild erzeugt, das viermal heller ist als bei Verwendung eines 10-fach-Okulars.
Bei Mikroskopen mit elektrischen Lichtquellen kann die Helligkeit des Spiegelbildes durch Einstellen der Helligkeit der Beleuchtung gesteuert werden.
(8) Klarheit
Die Klarheit der Mikroskopabbildung hängt von ihrem optischen System ab, insbesondere von der optischen Leistung der Objektivlinse. Es bezieht sich auf die Konstruktion, Herstellung, Verwendung und Lagerung von Mikroskopen. Es handelt sich um ein wichtiges und komplexes Thema. Aus Sicht der Verwendung und Lagerung sind die Hauptgründe, die die Klarheit beeinträchtigen, folgende: Die Dicke des verwendeten Deckglases ist ungeeignet, der Fokus ist nicht auf die ideale Position eingestellt, die Gesamtvergrößerung ist zu groß und die Linse des Öls Die Linse wird nicht abgewischt. Sauber, Linsenschimmel usw.
